In vielen Anwendungen mit kurzen Verbindungslängen werden Polymerfasern (POF) eingesetzt. Rauscharme optische Empfänger für den Gigabit-Bereich erfordern kleine Photodioden, bei POF mit bis zu 1 mm Kerndurchmesser führt dies aber zu hohen Koppelverlusten. Um POF optimal einsetzen zu können, müssen Empfänger mit großem Durchmesser, aber hohen Geschwindigkeiten entwickelt werden.
Übertragungssysteme mit Standard-Polymerfaser sind für Gigabit-Ethernet (GE) oder für 3,4 Gbit/s High Definition Multimedia Interface (HDMI) Verbindungen vorstellbar. GE-Systeme können z.B. in Kombination mit Glasfaser-Zugangsnetzen eingesetzt werden; optische HDMI-Kabel können Kupferkabel ablösen.
Rauscharme optische Empfänger erfordern kleine Photodioden. Die Kapazität der Photodiode bildet mit dem Eingangswiderstand des Transimpedanzverstärkers einen Tiefpass, dessen minimale Bandbreite durch die Datenrate bestimmt wird. Frequenzlimitierend wirken sich zudem Laufzeiteffekte infolge Ladungsträgerdrift in der Absorptionszone der Photodiode aus. Die Dicke der Absorptionszone bestimmt die Effizienz der Diode und ist wellenlängenabhängig entsprechend dem Absorptionskoeffizienten zu dimensionieren. Durch die Realisierung einer Spannungs-Wandlung im Empfänger-IC konnte die Sperrspannung an der Photodiode bei einer Betriebsspannung von 3,3 V auf 5,3…6,0 V erhöht werden. Im Projekt wurden die für die beiden Bitraten geeignetsten Photodiodenvarianten simuliert, hergestellt und vermessen. Die niedrige Bandbreite der POF (Modendispersion) bewirkt im Signalspektrum eine Reduktion der höheren Signalfrequenzanteile. Im Empfänger wird daher nach der linearen Signalverstärkung im Transimpedanzverstärker-IC ein Hochpassfilter mit nachfolgenden Endverstärkern realisiert. Das Hochpassfilter ist als adaptives Filter ausgelegt und passt sich dem jeweiligen POF-Link an, um Bitraten bis 3,4 Gbit/s zu ermöglichen. Für Demonstratoren wurde ein neuer Transceiver-Aufbau realisiert. Der Sender und der lineare Empfänger sind auf einer Leiterplatte ausgeführt, sodass die Datenleitungen als Microstrip ausgeführt werden konnten. Die Module wurden mittels transparenter Moldmasse gehäust. Eine in den Moldkörper integrierte Linse reduziert die Koppelverluste zur POF bzw. zur Photodiode. Das Filter- Endverstärker-IC ist als chip on board auf dem Demonstratorboard untergebracht. Mit der Verfügbarkeit von effizienten, schnellen Empfängern für Fasern mit großem Kerndurchmesser können preiswerte, robuste optische Lösungen für Heimnetze und andere Consumer-Anwendungen realisiert werden.
